虚拟机类加载机制

一、概述

虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验，转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

二、类的生命周期

类的生命周期包括了加载-验证-准备-解析-初始化-使用-卸载七个阶段，其中验证-准备-解析统称为连接。

类的生命周期

三、类加载的过程

1、加载

加载阶段，虚拟机需要完成三件事情：

（1）通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流；包括从ZIP包获取，从网络获取，运行时计算生成（动态代理就用到了），由其他文件生成，数据库中读取等。

（2）将这个字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构；

（3）在Java堆中生成一个代表这个类的Java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口。

2、验证

（1）文件格式验证：

    是否以模式0xCOFEBABE开头；

    主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之类；

    常量池的常量中是否有不被支持的常量类型；

    指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量。

    ......

（2）元数据的验证

    验证这个类是否有父类；

    验证这个类的父类是否继承了不允许被继承的类；

    如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法；

    类的字段、方法是否与父类发生了矛盾。

    ......

（3）字节码的验证

    第二阶段对元数据信息中的数据类型验证后，这里就是对类的方法体进行验证。

    保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作；

    保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上；

    保证方法体中的类型转换是有效的。

    ......

（4）符号引用验证

    符号引用中通过字符串藐视的全限定名是否能找到对应的类；

    在指定类中是否存在符合方法的字段描述符及简单名称所描述的方法和字段

    符号引用中的类、字段。和方法的访问性是否可被当前类访问。

     ......

3、准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。

这个阶段内存分配的只是类变量（static修饰的变量），不包括实例变量。

public static int value =123；在准备阶段后初始值是0，不是123。

如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那么在准备阶段变量value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值。

如public static final int value =123；在准备阶段后value的值就是123。

4、解析

解析阶段是虚拟机将常量池类的符号引用替换为直接引用的过程。

符号引用：以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是人和形式的字面量，只要使用时能无歧义的定位到目标即可。

直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。

5、初始化

初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码。通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。包括给类变量赋值，初始化实例变量，给实例变量赋值等操作。

四、类加载器

类加载阶段中的“通过一个雷的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”动作实在Java虚拟机外部实现的，一遍让应用程序自己决定如何去获取所需要的类，实现这个动作的代码模块被称为“类加载器”。

对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，即比较两个类是否一样，只有再这两个类由同一个类加载器加载的前提之下才有意义。

1、类加载器

在Java虚拟机的角度，只有两种不同的类加载器，一种是启动类加载器，Bootstrap ClassLoader，这个类加载器是C++实现的，是虚拟机自身的一部分；另外一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都是由Java实现，独立于虚拟机外部，都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

而在开发人员看来，很多Java程序都会使用到三种系统提供的类加载器：

（1）启动类加载器Bootstrap ClassLoader，这个类加载器负责将放在<JAVA_HOME>\bin目录中的，或者被-Xbootclasspath参数指定路径中的，并且是虚拟机识别（名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）的类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用。

（2）扩展类加载器 Extension ClassLoader，这个类加载器负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所制定的路径中的所有类库，开发者可以张家界使用扩展类加载器。

（3）应用程序类加载器Application ClassLoader，这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，一般也称为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上指定的类库。开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是默认的类加载器。

2、双亲委派原型

双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器，这里类加载器之间的父子关系一般是使用组合关系来复用父加载器的代码。

类加载器的双亲委派模型

双亲委派模型的工作过程：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求时，子加载器才会尝试自己去加载。

使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，Java类随着它的类加载器一起具备了一种代用优先级的层次关系。

双亲委派模型的实现：

双亲委派模型的实现

首先检查是否被加载过，若没有加载则调用父加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器，如果父类加载失败，则抛出ClassNotFounfException异常后，在调用自己的findClass()方法进行加载。